O controverso futuro da energia nuclear nos Estados Unidos

O presidente Joe Biden estabeleceu metas ambiciosas para conter as mudanças climáticas: reduzir pela metade as emissões de carbono dos Estados Unidos até 2030 e zerar as emissões líquidas de carbono em sua economia até 2050. O plano prevê que, até 2035, a geração de energia elétrica se torne uma atividade que não emite carbono. De acordo com analistas, esse é o setor econômico mais fácil de ser transformado em ecologicamente correto.

De onde virá toda essa energia elétrica limpa?

Alguns números da Agência de Administração de Informações de Energia dos Estados Unidos (EIA) ilustram o desafio. Em 2020, os Estados Unidos geraram cerca de quatro trilhões de quilowatts-hora de energia elétrica. Cerca de 60% foram produzidos com a queima de combustíveis fósseis, principalmente gás natural, em cerca de 10 mil geradores, de grande e pequeno porte, em todo o país. Toda essa energia elétrica precisará ser substituída — e sua produção também precisará aumentar, pois a demanda por eletricidade deve ser maior, principalmente se for utilizada para abastecer mais carros.

Fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, cresceram mais rápido do que o esperado. Somadas à energia hidrelétrica, ultrapassaram o carvão pela primeira vez em 2019 e agora produzem 20% da energia elétrica dos Estados Unidos. Em fevereiro, a EIA projetou que as energias renováveis seriam responsáveis por mais de 40% da produção até 2050 — um crescimento notável, talvez, mas ainda bastante aquém do necessário para uma rede elétrica sem carbono até 2035 e para impedir a crise climática.

Esse enorme desafio recentemente levou alguns ambientalistas a reconsiderarem uma alternativa vista há muito tempo com desconfiança: a energia nuclear. 

A energia nuclear tem muito a seu favor. Sua pegada de carbono é equivalente à da energia eólica, menor do que a da solar e, em ordens de magnitude, menor do que a do carvão. As usinas nucleares ocupam muito menos espaço na paisagem do que as usinas solares ou eólicas e produzem energia também à noite ou em dias sem vento. Em 2020, elas geraram a mesma quantidade de energia elétrica nos Estados Unidos que as energias renováveis, um quinto do total.

Mas muitos discutem se a energia nuclear deve representar grande parte da solução climática nos Estados Unidos. Hoje, o projeto da maioria das usinas nucleares norte-americanas está ficando obsoleto e apenas uma foi construída nos últimos 20 anos. Os defensores da energia nuclear agora estão apostando em projetos de última geração, como versões menores e modulares de reatores convencionais de água leve ou reatores avançados projetados para serem mais seguros, mais baratos e mais flexíveis.

“Inovamos tão pouco nos últimos 50 anos, que ainda temos muito pela frente”, diz Ashley Finan, diretora do Centro Nacional de Inovação em Reatores do Laboratório Nacional de Idaho.

No entanto, a expansão da energia nuclear esbarra em alguns obstáculos importantes, e as eternas preocupações com segurança e resíduos radioativos podem não ser os mais significativos: os críticos também afirmam que os reatores nucleares são simplesmente muito caros e sua construção é demorada para serem de alguma utilidade na crise climática.

Bombas em relhas de arado

Um reator de teste no Laboratório Nacional de Idaho, onde Finan agora trabalha, produziu energia elétrica a partir de energia nuclear pela primeira vez em 1951. O feito não demorou a ser enaltecido no famoso discurso do presidente Dwight Eisenhower “átomos pela paz” nas Nações Unidas em 1953. Arjun Makhijani, físico nuclear que dirige o Instituto de Pesquisa Energética e Ambiental (IEER), um instituto sem fins lucrativos, ressalta que o discurso foi feito logo após um teste termonuclear na União Soviética, quando o medo da bomba atômica estava no auge.

“Basicamente, ele disse que o tema era muito triste e sombrio — queria dizer algo positivo”, explica Makhijani. O discurso de Eisenhower deu início a uma nova era nuclear: o interesse global por esse tipo de energia aumentou significativamente e países ao redor do mundo começaram a construir grandes reatores, muitas vezes com tecnologia e know-how dos Estados Unidos.

Em 1996, a energia nuclear fornecia 17,6% da energia elétrica mundial. Hoje, esse número caiu para cerca de 10%. O acidente de Fukushima em 2011 foi uma das principais razões para esse declínio. Os 48 reatores nucleares do Japão permanecem praticamente desativados desde então. A Alemanha desativou 11 de seus 17 reatores e pretende desativar os seis restantes até 2022. A Bélgica, a Espanha e a Suíça também estão encerrando seus programas nucleares.

Os Estados Unidos, de longe o maior produtor mundial de energia elétrica por termonucleares, têm atualmente 94 reatores em 28 estados. Mas após o acidente na Usina Three Mile Island em 1979, quando um reator quase derreteu por completo perto de Middletown, no estado da Pensilvânia, o entusiasmo pela energia nuclear diminuiu.

O tempo médio de operação das usinas norte-americanas é de 39 anos e elas têm autorização para operar por 40 anos. Na última década, pelo menos cinco foram desativadas antes do previsto, em grande parte porque os custos de manutenção e fontes de energia mais baratas tornaram sua operação muito dispendiosa.

O fechamento mais recente ocorreu na semana passada, em 30 de abril, quando o segundo dos dois reatores foi desligado na usina de Indian Point, no rio Hudson, ao norte da cidade de Nova York. Até alguns anos atrás, esses reatores forneciam um quarto da energia da cidade. Em todo o país, a EIA prevê que a geração de energia nuclear diminua 17% entre 2018 e 2025.

Atrasos e gastos acima do orçamento

Embora a oposição de ambientalistas possa ter sido o principal fator que impediu o desenvolvimento nuclear nas décadas de 1980 e 1990, atualmente o maior desafio podem ser os custos. Poucas usinas nucleares foram construídas nos Estados Unidos recentemente porque sua construção no país é muito cara, o que eleva o preço desse tipo de energia.

Jacopo Buongiorno, professor de ciência nuclear e engenharia do MIT, liderou um grupo de cientistas que recentemente concluiu um estudo de dois anos sobre o futuro da energia nuclear nos Estados Unidos e na Europa Ocidental. Eles constataram que “sem redução de custos, a energia nuclear não terá um papel significativo” na descarbonização do setor de energia.

“No Ocidente, a indústria nuclear perdeu substancialmente sua capacidade de construir grandes usinas”, diz Buongiorno, apontando para o esforço da Southern Company em adicionar dois novos reatores à Usina Vogtle em Waynesboro, Geórgia. Eles estão em construção desde 2013, já ultrapassaram o orçamento em bilhões de dólares — o custo mais que dobrou — e o cronograma das obras está atrasado. Na França, classificada em segundo lugar depois dos Estados Unidos em geração de energia nuclear, um novo reator em Flamanville registra um atraso de dez anos e está mais de três vezes acima do orçamento.

“Claramente perdemos o know-how da construção de usinas nucleares tradicionais em escala de gigawatts”, afirma Buongiorno. Como nenhuma nova usina é construída nos Estados Unidos há décadas, fato constatado por ele e seus colegas, as equipes que trabalham em um projeto como o da Vogtle não passaram pelo processo de aprendizado necessário para realizar o trabalho com eficiência. Isso causa atrasos no cronograma das obras e, consequentemente, aumento dos custos.

Em outros lugares, os reatores ainda são construídos a um custo mais baixo, “principalmente em locais onde as obras ficam dentro do orçamento e do cronograma”, explica Finan. A China e a Coreia do Sul são os países onde isso mais acontece. (Sem parcialidade, diversos reatores em grande escala da China também estouraram o orçamento e apresentaram atrasos.)

“Na Ásia, o custo da energia nuclear representa um quarto, ou menos, da energia produzida nos novos empreendimentos do Ocidente”, diz Finan. A mão de obra muito mais barata é um dos motivos, de acordo com Finan e o relatório do MIT, mas a gestão de projetos mais eficiente também tem grande influência.

O estudo do MIT sugere que padronizar projetos de reatores e construir o mesmo reator repetidas vezes são essenciais para redução dos custos. Os pequenos reatores modulares (SMRs na sigla em inglês) podem ser uma saída. A produção desse tipo de reator normalmente não ultrapassa 300 megawatts, comparado aos 1.000 megawatts de uma usina nuclear tradicional. O tamanho reduzido, explica Buongiorno, pode permitir que os componentes desses reatores sejam construídos em fábricas, possibilitando economias na produção e reduzindo o cronograma das obras e os imprevistos. Além disso, os pequenos reatores podem ser utilizados individualmente ou combinados para formar uma única grande usina.

Nos Estados Unidos, uma empresa chamada NuScale teve a certificação de projeto de seu SMR aprovada pela Comissão Reguladora Nuclear, a primeira e única empresa a obter essa certificação. Seu reator é uma versão em miniatura de um reator tradicional, no qual a água pressurizada resfria o núcleo onde ocorre a fissão nuclear. Mas no projeto da NuScale, o reator inteiro fica imerso em uma piscina para protegê-lo de um derretimento acidental.

A empresa NuScale prevê construir 12 desses reatores para produzir 720 megawatts no Laboratório Nacional de Idaho como projeto piloto. Ela recebeu financiamento do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), que aprovou o valor de até US$ 1,4 bilhão para ajudar a apresentar a tecnologia. A NuScale planeja vender a usina para um consórcio de energia chamado Utah Associated Municipal Power Systems.

No ano passado, oito das 36 concessionárias do consórcio desistiram do projeto, culpando os custos. A empresa anunciou recentemente que o projeto seria adiado para 2030 e o custo aumentaria de US$ 4,2 bilhões para US$ 6,1 bilhões.

Aqueles que são contra o uso de energia nuclear citam essa última decepção como mais um exemplo do motivo de a energia nuclear não estar à altura da tarefa.

“Se o primeiro SMR não for construído até o fim da década de 2020, e for necessário ativá-lo e ainda estruturar toda uma nova cadeia de abastecimento global, será possível zerar as emissões até 2035?” pergunta Makhijani do IEER. “Não dará tempo de fazer uma contribuição significativa.” Ele acrescenta que o extenso histórico de custos extras e atrasos do setor é especialmente problemático quando se considera os compromissos climáticos. “Não há espaço para erros graves.”

Uma rede variável e incerta

Em uma rede elétrica, o fornecimento deve corresponder precisamente à demanda em constante oscilação. Atualmente, não há grandes reservatórios para armazenamento de elétrons, como os que temos para água. As energias renováveis dificultam esse equilíbrio porque a quantidade de energia elétrica produzida varia — quando está nublado ou não está ventando, a rede precisa de mais energia proveniente de outras fontes.

O futuro da energia nuclear dependerá, em parte, de sua capacidade de equilibrar uma rede que depende cada vez mais de fontes renováveis. A energia nuclear é tradicionalmente considerada uma fonte de energia de carga básica — os reatores funcionam na maior parte do tempo para que os altos custos fixos sejam distribuídos pelo maior número de quilowatts-hora. Ao contrário das turbinas a gás, que podem ser ligadas e desligadas em segundos para “acompanhar a demanda”, os reatores levam uma hora ou mais para reduzir sua produção pela metade.

Não é que os reatores não conseguem acompanhar a demanda; eles são apenas mais lentos. “Eles conseguem e fazem porque é preciso”, explica Buongiorno. “Só que nunca é uma proposta econômica atraente.”

No fim de 2020, o DOE concedeu US$ 80 milhões a duas empresas que trabalham em projetos de reatores avançados destinados, em parte, a solucionar esse problema. A primeira, TerraPower, startup fundada por Bill Gates, está trabalhando em um reator refrigerado a sódio que, em vez de utilizar seu calor diretamente para acionar uma turbina e gerar eletricidade, armazena-o em um tanque de sal fundido, onde pode ser aproveitado para gerar energia elétrica quando necessário.

A segunda concessão foi destinada a uma empresa chamada X-energy com um reator refrigerado a gás que opera em temperaturas extremamente altas, produzindo vapor que pode ser utilizado em processos industriais e também para a geração de energia elétrica. Essa capacidade de “alteração da carga”, afirmam Finan e Buongiorno, pode ajudar os reatores nucleares a administrar a demanda variável de eletricidade — ao mesmo tempo em que ajuda a descarbonizar o setor. Reatores pequenos podem até mesmo ser instalados ao lado de uma fábrica que utiliza tanto calor quanto eletricidade. Contudo, os rejeitos radioativos de alta periculosidade produzidos por fábricas desse tipo precisariam ser transportados até uma central de gestão de resíduos.

Embora promissores, nenhum desses novos projetos está progredindo rápido o suficiente para possibilitar o cumprimento das metas de Biden. A decisão de apoiar esses dois projetos-piloto, cuja operação está prevista para até 2028, foi chamada pelos oficiais do DOE de a “estratégia mais ousada até o momento”.

Enquanto isso, há uma forma mais direta de equilibrar a variabilidade das energias renováveis: armazenar energia elétrica em baterias. O mercado de armazenamento em bateria em grande escala está explodindo: aumentou 214% em 2020. Além disso, a EIA prevê que a capacidade das baterias passe dos atuais 1,6 mil para 10,7 mil megawatts até 2023.

Makhijani acredita que a energia nuclear não será necessária para equilibrar a rede. Um estudo realizado por ele em 2016 para o estado de Maryland constatou que o aumento do armazenamento em bateria, combinado com incentivos aos consumidores para reduzir o uso de eletricidade nos horários de pico, quase permitiria às concessionárias equilibrar a variabilidade das energias renováveis.

Elas somente precisariam armazenar um pouco de energia na forma de hidrogênio, que pode ser produzido pela passagem de eletricidade renovável na água e, posteriormente, sua conversão novamente em eletricidade em uma célula de combustível. Atualmente, o processo é muito caro, diz Makhijani, mas “desde que não seja uma quantidade gigantesca, é acessível”.

Uma janela de oportunidade

A energia nuclear pode ser uma grande protagonista nas próximas décadas em todo o mundo. A China, o maior emissor de gases de efeito estufa, aumentou sua produção nuclear em 6% em 2020 e atualmente tem 17 novos reatores em construção, de acordo com o grupo comercial denominado Associação Nuclear Mundial. A Índia está construindo seis. É improvável que os Estados Unidos cheguem a esse número tão cedo.

Especialistas discordam sobre a necessidade de construir novas usinas nucleares nos Estados Unidos. Alguns modelos sugerem que seria possível, com as políticas adequadas, cumprir a meta de Biden de descarbonizar a rede até 2035 apenas com a expansão  das energias renováveis.

As usinas nucleares que já existem são outra história. O benefício de mantê-las ativas por enquanto é mais amplamente aceito — embora Makhijani argumente que a energia livre de carbono poderia ser substituída com menos custos, investindo em novas fontes de energia, como a eólica e solar.

Como já foram construídos, esses reatores representam, basicamente, custos irrecuperáveis e, como a maioria está ativa há décadas, eles já se depreciaram. Ainda assim, em muitos lugares, a energia gerada por esses reatores precisa competir no mercado, o que não acontece em alguns casos. A Entergy Corporation, proprietária da usina de Indian Point, reconheceu que esse foi um dos fatores que levou à decisão de fechá-la.

A situação das usinas existentes tem grandes implicações: incluindo a Indian Point, sete gigawatts de energia nuclear correm o risco de serem interrompidos até 2026 devido à queda nos preços da energia elétrica.  

“Desativar por completo as usinas nucleares elimina os ganhos com energias renováveis”, diz Buongiorno. Quando a Estação Geradora Nuclear de San Onofre, que produzia cerca de 8% da eletricidade da Califórnia, fechou em 2013, o custo local da eletricidade subiu e as emissões de dióxido de carbono na Califórnia aumentaram 9,2 milhões de toneladas no ano seguinte.

O relatório do MIT constatou que, na próxima década, a matriz energética permitirá obter a rede mais econômica e confiável possível. “Nossa análise demonstra que a melhor combinação inclui uma grande parcela de energia nuclear, uma grande parcela de energias renováveis e certa quantidade de armazenamento em baterias, possibilitando baixo teor de carbono, confiabilidade e menor custo”, afirma Buongiorno.

O que faz mais sentido para Michael Corradini, coautor do relatório e ex-diretor do Instituto de Energia de Wisconsin, são políticas federais que oferecem recompensas pelo uso de uma energia de baixo carbono e alto custo-benefício — independentemente da tecnologia. A tributação do carbono é um exemplo de política energética neutra em termos de tecnologia. Outro seria um padrão de energia renovável, do tipo proposto por Biden em seu pacote de infraestrutura. “Se o carbono for tributado, as pessoas substituirão os combustíveis por outras fontes mais econômicas”, diz Corradini. 

No fim das contas, “precisamos de uma política que considere todas as opções acima”.